Indices De Refraccion

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Ciencias 2013

Laboratorio de Óptica

Práctica 4: Índices de Refracción

Resumen

Para esta práctica intentaremos medir índices de refracción de diferentes materiales transparentes (sólidos y líquidos) mediante diferentes métodos y los compararemos con los recopilados en la teoría. Uno será usando un microscopio micrométrico para medir distancias reales y aparentes ya que hay una ecuación que nos determina el índice de refracción mediante la medición de éstas; otro será con ayuda de un láser haciéndolo incidir a cierto ángulo en el material (solido) y medir ciertas distancias para hacer el cálculo mediante una ecuación que las relaciona.

Introducción

La rapidez de la luz varía de un material a otro. La luz viaja (tratada macroscópicamente) más rápido en el vacío, donde su rapidez es c=2.998×〖10〗^8 m⁄s. Su rapidez en el aire es de c⁄1.0003. En el agua es de c⁄1.33 y en un vidrio ordinario es de aproximadamente c⁄1.5. Sin embargo, en un nivel microscópico, la luz se compone de fotones y éstos solo existen a velocidad c. La pérdida aparente de su rapidez en diversos materiales se debe a la absorción y reemisión de la luz a medida que esta pasa de un átomo a otro.

Índice de refracción (n): el índice absoluto de refracción de un material se define como

n=(velocidad de la luz en el vacio)/(velocidad de la luz en el material)=c/v

Para cualesquiera dos materiales, el índice relativo de refracción del material 1 con respecto al material 2, es:

indice relativo=n_1/n_2

Donde n_1 y n_2 son los índices de refracción absolutos de los dos materiales.

Cuando un rayo de luz pasa oblicuamente a través de la frontera entre dos materiales de índices de refracción diferentes, el rayo se desvía o quiebra. Este fenómeno llamado refracción, se muestra en la imagen1. Si n_t>n_i, el rayo se refracta, como se ve en la figura; se dobla hacia la normal cuando entra en el segundo material. Si n_t<n_i, sin embargo, el rayo refractado se aleja de la normal. Esto podría ser la situación de la imagen1 si la dirección del rayo fuera invertida. En todo caso el rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en el mismo plano además que por ley de reflexión θ_i=θ_r. Los ángulos θ_i y θ_t en la imagen1 se llaman ángulo de incidencia y ángulo de refracción (o transmisión), respectivamente.

La forma en la cual se refracta un rayo en la interfaz entre dos materiales cuyos índices de refracción son n_i y n_t esta dada por la Ley de Snell:

n_i senθ_i=n_t senθ_t

Donde θ_i y θ_tson como se muestra en la imagen1. Debido a que la ecuación se aplica a la luz que se mueve a lo largo del rayo, un rayo de luz sigue la misma trayectoria cuando su dirección es invertida.

Imagen1: Índices de refracción.

En la siguiente tabla muestra algunos índices de refracción de distintos materiales.

Material Índice de refracción

Aire 1.003

Agua 1.333

Cuarzo 1.544

Lucita 1.50

Vidrio(normal) 1.54

Glicerina 1.473

Whiskey 1.356

Cloruro de sodio 1.544

Solución de azúcar (30%) 1.38

Diamante 2.42

Objetivos

Instrumentar en el laboratorio un método para medir índices de refracción de sustancias transparentes que pueden estar en estado sólido o líquido (vidrio, lucita, agua, glicerina y dos sustancias más).

Desarrollo experimental

Para el primer experimento dibujamos una marca en un pedazo de

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